CN108757208B - 螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组，包括：活塞本体、活塞销和连杆，该活塞本体的顶部具有凹坑，凹坑的外壁紧密缠绕有中空的螺线管，用于将活塞本体的顶部与气缸内的高温高压燃气完全隔离，螺线管内设置有螺线管油道，螺线管油道内通有润滑油，螺线管油道的两端分别为螺线管进油口和螺线管出油口，其中，润滑油能够由螺线管进油口进入螺线管油道中，并在螺线管油道中回旋流动，再经过螺线管出油口流出活塞本体。本发明的螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组能够将活塞顶部与气缸内的高温高压燃气隔离，确保活塞在内燃机运行在高负荷工况下获得足够强度且稳定连续的冷却。

Description

螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组
技术领域
本发明是关于内燃机技术领域，特别是关于一种螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组。
背景技术
目前，往复活塞式内燃机的强化程度随着技术进步越来越高，气缸内的工质燃烧压力以及燃烧温度也随之增高，活塞所面临的工作环境变得愈发恶劣，尤其是在高温高压环境下，以及活塞在高线速度运行下的热负荷与机械负荷影响下，使得如何为活塞提供足够强度和及时的冷却变得尤为重要。
通常，在活塞头部的内腔设置有开式的润滑油冷却通道，在活塞裙底部，活塞销座附近位置设置有连通活塞头部内腔的进油口，安装在发动机气缸体主油道上的润滑油喷嘴即通常所说的冷却喷钩，能够将润滑油通过活塞裙部的进油口喷射进入活塞头部内腔的冷却通道，活塞在上下运行过程中，可以对进入活塞头部内腔的润滑油产生震荡对流换热，从而达到降低活塞尤其活塞头部温度的目的。
此外，也有内燃机活塞在头部下方设置有进油口，活塞头部内腔仍然是开式结构，通过与其距离较近的设置在连杆小头上的润滑油喷嘴提供射流，进入活塞头部内腔后起到冷却活塞的作用。
然而，现有技术存在如下缺点：
第一，采用润滑油喷嘴喷射冷却方式的活塞，对于润滑油喷嘴的喷射油束落点要求高，喷嘴口内腔的形状、粗糙度、加工制造的尺寸及形位误差、装配精度、包装运输各环节都是影响润滑油喷嘴的喷射油束落点的关键要素。装机过程中需要对润滑油喷嘴的喷射油束落点进行试喷射的打靶试验，延长了发动机的装机流转时间，同时打靶试验的操作误差也会导致的发动机各缸活塞冷却强度差别较大的问题。
第二，活塞运行到压缩上止点时，气缸内的工质被压缩再到燃烧膨胀做功，工质燃烧放热直接作用于活塞，活塞在压缩上止点时的温度最高，也最需要得到足够强度的冷却，而此时，主油道上的润滑油喷嘴距离活塞却最远，润滑油喷嘴喷射的油束存在直线保持性能下降，油束落点受整机震动冲击等因素影响将出现偏移，加之活塞头部内腔冷却通道为开式结构，进入的机油难以填满整个冷却内腔，对流换热能力不足，导致活塞冷却能力下降，尤其是内燃机在高负荷下工作时，活塞容易因高温产生与之相关联的失效故障。
第三，在连杆小头上安装润滑油喷嘴的结构，润滑油是通过连杆小头轴瓦上设置的沟槽进入润滑油喷嘴的，因小头轴瓦上的沟槽截面不能设置的太大，导致进入润滑油喷嘴的润滑油量的压力也不会太大，而活塞头部下方的润滑油冷却内腔通道又是开式结构，进入的润滑油不足以填满冷却内腔，对流换热效果不佳，尤其当内燃机在高负荷下工作时，活塞的冷却能力不理想，活塞存在高温失效风险。
第四：无论采用活塞裙部喷射上油冷却的方案，还是活塞头部下方喷射上油冷却的方案，均为开式结构，润滑油喷射进入后难以灌满内腔而实现完全的对流换热，所以在高负荷工况下容易发生活塞头部材料热变形及烧融问题。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组，其能够将活塞顶部与气缸内的高温高压燃气隔离，冷却效果好。
为实现上述目的，本发明提供了一种螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组，该螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组包括：活塞本体、活塞销和连杆，该活塞本体的顶部具有凹坑，凹坑的外壁紧密缠绕有中空的螺线管，用于将活塞本体的顶部与气缸内的高温高压燃气完全隔离，螺线管内设置有螺线管油道，螺线管油道内通有润滑油，螺线管油道的两端分别为螺线管进油口和螺线管出油口，其中，润滑油能够由螺线管进油口进入螺线管油道中，并在螺线管油道中回旋流动，再经过螺线管出油口流出活塞本体。
在一优选的实施方式中，螺线管的缠绕方式为由中心向外部沿周向紧密缠绕，且螺线管与凹坑的外壁紧密连接为一体。
在一优选的实施方式中，活塞本体的顶部中心设置有竖直的通道，通道与活塞销座孔相连通。
在一优选的实施方式中，螺线管的螺线管出油口端能够伸入通道中。
在一优选的实施方式中，螺线管进油口与冷却腔出油通道相连通。
在一优选的实施方式中，连杆内设置有连杆油道，活塞销内设置有活塞销进油口，活塞本体内设置有内冷油腔，润滑油经过连杆油道进入连杆中，通过轴瓦进油口进入连杆小头轴瓦的轴瓦环槽油道中，通过轴瓦出油口进入活塞销进油口中，再经过活塞销横油道、活塞销出油口进入内冷油腔中，内冷油腔中的润滑油随后通过冷却腔出油通道进入螺线管进油口，以使得润滑油在螺线管油道中循环冷却。
在一优选的实施方式中，螺线管选用比活塞本体更耐高温的材料。
在一优选的实施方式中，螺线管的横截面为圆形或多边形。
与现有技术相比，根据本发明的螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组具有如下优点：
(1)活塞顶部设置有与活塞顶部紧密连接的内部中空的螺线管，采用闭式润滑油强制循环冷却，避免了常规润滑油喷嘴开式喷射带来的冷却能力不足以及喷射油束落点难控制的问题。
(2)活塞头部可以得到稳定持久的高强度冷却，避免内燃机高负荷下的活塞头部受热变形拉缸，甚至活塞头部烧融的问题。
(3)因为采用了闭式润滑冷却，对流换热效率高，所用的润滑油流量不大，在内燃机运行在中低转速且负荷较高的工况下仍然能够对活塞提供高强度冷却。
(4)紧密缠绕的螺线管可以将活塞顶部与气缸内的高温高压燃气隔离，尤其是螺线管采用比活塞本体更耐高温的材料后，可以让发动机的强化程度提到显著提升，燃油喷射压力得以进一步提升，气缸内的工质燃烧压力及温度允许更高，改善热效率，从而带来更好的燃油经济性、排放性能，以及整机可靠性。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组的主视图。
图2是根据本发明一实施方式的螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组的俯视图。
图3是图2沿A-A方向的局部剖视图。
图4是图2沿B-B方向的局部剖视图。
图5是图2沿A-A方向的局部放大图。
主要附图标记说明：
1-活塞本体，2-活塞销，3-连杆，4-连杆油道，11-螺线管，12-螺线管油道，13-螺线管出油口，14-螺线管进油口，15-冷却腔出油通道。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1至图5所示，根据本发明优选实施方式的螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组包括：活塞本体1、活塞销2和连杆3，该活塞本体1的顶部具有凹坑，凹坑的外壁紧密缠绕有中空的螺线管11，用于将活塞本体1的顶部与气缸内的高温高压燃气完全隔离，螺线管11内设置有螺线管油道12，螺线管油道12内通有带有一定压力润滑油，螺线管油道12的两端分别为螺线管进油口14和螺线管出油口13，其中，润滑油能够由螺线管进油口14进入螺线管油道12中，并在螺线管油道12中回旋流动，将活塞表面高温热量带走，对活塞起到冷却作用，再经过螺线管出油口13流出活塞本体1。
上述方案中，螺线管11的缠绕方式为由中心向外部沿周向紧密缠绕，且螺线管11与凹坑的外壁紧密连接为一体。活塞本体1的顶部中心设置有竖直的通道，通道与活塞销座孔相连通。螺线管11的螺线管出油口端能够伸入通道中。螺线管进油口14与冷却腔出油通道15相连通。
如图3和4所示，连杆3内设置有连杆油道4，活塞销2内设置有活塞销进油口7，活塞本体1内设置有内冷油腔10，润滑油经过连杆油道4进入连杆中，通过轴瓦进油口16进入连杆小头轴瓦18的轴瓦环槽油道17中，然后通过轴瓦出油口16进入活塞销进油口18中，再经过活塞销横油道5、活塞销出油口6进入内冷油腔10中，润滑油填满了内冷油腔10之后也对内腔周围结构产生了冷却效果，内冷油腔10中的润滑油随后通过冷却腔出油通道15进入螺线管进油口14，以使得润滑油在螺线管油道12中循环冷却。因为整个活塞内部的润滑油冷却均为压力强制润滑，所以对流换热效果好，冷却效率高，用较小的流量和较高的流速，实现了对活塞头部和中部的高强度冷却。
螺线管选用比活塞本体更耐高温的材料。能够让发动机的强化程度提到显著提升，燃油喷射压力得以进一步提升，气缸内的工质燃烧压力及温度允许更高，改善热效率，从而带来更好的燃油经济性、排放性能，以及整机可靠性。在一优选的实施方式中，螺线管的横截面可以为圆形或者多边形。
本发明的螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组通过对螺线管油道12中通入带有一定压力的润滑油强制闭式循环流动，对活塞头部产生较好的冷却隔热效果，同时，螺线管因为采用紧密缠绕方式，可以将活塞本体的头部与气缸内的高温高压燃气完全隔离，特别是螺线管采用比活塞本体更耐高温的材料后，将显著减小活塞本体的头部热变形甚至高温烧融，提高活塞使用强度及使用寿命。
在一优选的实施方式中，本发明的活塞本体的制备过程具体操作为：先在与预制备的活塞本体顶部凹坑形状相同的活塞本体的顶部紧密缠绕螺线管，缠绕方式为由中心向外部沿周向紧密缠绕，之后取下缠绕好的螺线管，将缠绕好的螺线管放置在铸造模具中，然后进行活塞本体的铸造工艺，从而实现了螺线管与制备好的活塞本体顶部的凹坑的外壁紧密连接为一体。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (6)

1.一种螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组的制备方法，该螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组包括：活塞本体、活塞销和连杆，其特征在于，所述活塞本体的顶部具有凹坑，所述凹坑的外壁紧密缠绕有中空的螺线管，用于将所述活塞本体的顶部与气缸内的高温高压燃气完全隔离，所述螺线管内设置有螺线管油道，所述螺线管油道内通有润滑油，所述螺线管油道的两端分别为螺线管进油口和螺线管出油口，其中，所述润滑油能够由所述螺线管进油口进入所述螺线管油道中，并在所述螺线管油道中回旋流动，再经过所述螺线管出油口流出所述活塞本体，所述螺线管的缠绕方式为由中心向外部沿周向紧密缠绕，且所述螺线管与所述凹坑的外壁紧密连接为一体，所述螺线管进油口与冷却腔出油通道相连通；
所述螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组的制备方法的具体操作为：先在与预制备的活塞本体顶部凹坑形状相同的活塞本体的顶部紧密缠绕螺线管，缠绕方式为由中心向外部沿周向紧密缠绕，之后取下缠绕好的螺线管，将缠绕好的螺线管放置在铸造模具中，然后进行活塞本体的铸造工艺。
2.如权利要求1所述的螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组的制备方法，其特征在于，所述活塞本体的顶部中心设置有竖直的通道，所述通道与活塞销座孔相连通。
3.如权利要求2所述的螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组的制备方法，其特征在于，所述螺线管油道的螺线管出油口端能够伸入所述通道中。
4.如权利要求1所述的螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组的制备方法，其特征在于，所述连杆内设置有连杆油道，所述活塞销内设置有活塞销进油口，所述活塞本体内设置有内冷油腔，所述润滑油经过所述连杆油道进入所述连杆中，通过轴瓦进油口进入连杆小头轴瓦的轴瓦环槽油道中，通过轴瓦出油口进入所述活塞销进油口中，再经过活塞销横油道、活塞销出油口进入所述内冷油腔中，内冷油腔中的润滑油随后通过冷却腔出油通道进入所述螺线管进油口，以使得所述润滑油在所述螺线管油道中循环冷却。
5.如权利要求1所述的螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组的制备方法，其特征在于，所述螺线管选用比所述活塞本体更耐高温的材料。
6.如权利要求1所述的螺线管顶置密绕闭式循环冷却活塞连杆组的制备方法，其特征在于，所述螺线管的横截面为圆形或多边形。
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